现代电脑资料储存核心硬碟.PPT

奈米四甲林皓廷 林敬皓 相信有用過電腦的就知道，硬碟其實就是電腦內最重要的 電腦元件之一而硬碟(Hard Disk Drive 簡稱為HDD)(圖1- 1)，是電腦上使用堅硬的旋轉碟片為基礎的非揮發性（non- volatile）存儲設備、也有人稱作機械式硬碟。 1953年， IBM(全球國際機器公司)的IBM 350 RAMAC是現 代硬盤的雛形，它相當於兩個冰箱的體積，不過其儲存容 量只有5MB(圖2)。1973年IBM 3340問世，來源於他兩個 30MB的儲存單元。至此，硬盤的基本架構被確立。1980年 兩位前IBM員工創立的公司發展出5.25”(英吋)硬碟，而這公 司就是現在全球三大硬碟廠商之一的希捷(SeaGate)，而在 此時到1998年前開始了在硬碟界所稱的戰國時代也就開打 了，在那時候現有的硬碟公司(包括台灣)就高達15家之譜， 雖然稱作戰國時代，但在同一條船上也靠著各家技術(或是 併購)的支援(但其實主要還是IBM)，才開創現代的高容量硬 碟。 而現在，全球的硬碟公司只剩5家 1.希捷(SeaGate) 2.西部數位(Western Digital) 3.日立環球儲存(HGST Hitachi Global Storage Technologies )已被西部數位併購 4.東芝株式會社(Toshiba) 5.三星電子(SamSung) 硬碟，它的內部架構非常非常的精密也有很多元件，但作 主架構只有:碟片、磁頭與臂、主軸與音圈馬達與PCBA 1.硬碟簡單概念；內部為一無塵空間，有一通氣孔與外部壓 力相等，磁頭與碟片間只有幾微米的懸浮空間 2.基座: 3.主軸馬達安裝: 4.碟片安裝:現代硬碟片的材質是鋁合金覆上磁粉(鈷鉑鉻硼 CoPtC)碟片上這若干的同心圓裡有無數的小磁鐵，它記錄 著0或1，當有來自磁頭的磁性紀錄時，它就會依資料來改變 0或是1，即可儲存資料。而所謂的3.5”硬碟機其實只是代號， 而不是實際尺寸，實際尺寸則為4”，碟片則為3.75” 5.磁頭與臂:磁頭小，頭臂長，磁頭位於頭臂上。所有的磁 頭臂共軸且投影重合，兩兩一組對應每張碟片的上下兩面。 現在的硬碟都採用音圈馬達（Voice Coil Motor，VCM）， 馬達線圈與磁頭驅動臂連成一體，轉軸位於兩者之間。馬 達線圈處在兩塊永久磁鐵生成的磁場中，當線圈中有電流 通過時就會在磁場的影響下經轉軸的杠杆作用推動磁頭 臂進行尋道操作。 連接磁頭的線路貼著磁頭臂遠離主軸馬達的一側連接到軸孔旁的讀/寫前置放大器（圖7中Agere出品的那顆晶片），經放大處理的信號再通過帶狀傳輸線延伸至HDA外部與PCBA的介面上。在固定音圈馬達的永久磁鐵之前，注意要先安裝好磁頭限位器。而到這裡為止的元件稱之為HDA 這裡可以看得到的是一圈馬達線 圈與硬碟中最重要的磁頭在現代 硬碟中，磁頭的滑行高度通常約 在5-10奈米，所以如果有微粒進 入滑行磁頭下方，會馬上因為摩 擦造成磁頭過熱而對磁頭造成損 害故障 這是HDA結構中另一個重要的部分，訊號放大晶片，其實 從磁頭讀到的訊號非常的微弱，如果沒有這顆晶片，若是直 接傳送到MCU，訊號也早就減少了一半。 6. PCBA(電路板總成):電路板分成了三大區域: 1是以助理資料為主的MCU(主處理器)與緩衝記憶體，2是 VCM控制晶片與主軸馬達接點，3則是硬碟開機晶片(部分 內建於MCU中)與HDA接點TVS則是主電源瞬態電壓抑制 二極體通常PCBA上有2處(12V、5V) 7.整體構造回顧:上蓋本身並無值得介紹之處，就是一塊周 圍有防塵橡膠圍繞的鐵片。打開上蓋之後，終於可以從內 部觀察HDA。 珍貴的資訊是儲存在碟片上，可以從上圖看到最上層的碟 片。碟片是由打磨過的鋁片或是由覆蓋數層包含鐵磁材質 之複合塗料的玻璃所製成的，而後者的資料就儲存在包含 鐵磁材質之複合塗料中。你可以看到部分的碟片被磁盤架 蓋住了。磁盤架可以減少空氣的波動及運作的噪音。通常 磁盤架是由鋁質或塑膠材料製程，而前者則在冷卻硬碟內 部方面有較好的效果。 8.PCBA接口:分成EIDE、IDE、SATA(1~3)、SCSI、SAS接 口，其後2者是伺服器硬碟專用 IDE:可稱為Ultra 133，也就是最高理論傳輸率133MB/S。 SATA(主流):依世代區分傳輸率，分別為1.5GB、3GB、 6GB，其中傳輸線容許長度也越來越長。 9.現代高容量硬碟主要技術-垂直寫入:由於現今硬碟的資料 記錄區塊大小已經發展到寬度只有30奈米左右,而磁性記錄 顆粒的尺寸不斷下降,